За что отвечает внутренняя память

Что такое встроенная (внутренняя) память телефона?

При чтении характеристик смартфона или планшета мы часто встречаем непонятные слова или термины. Например, NFC, ОЗУ, ГЛОНАСС… Нередко пользователи не знают, что означает термин «встроенная (внутренняя) память», а ведь это просто.

В каждом смартфоне или планшете есть два вида памяти — встроенная (внутренняя) и оперативная (ОЗУ). Оперативная память — это энергозависимая часть системы, где хранятся входные и выходные данные, коды программ и прочая необходимая для работы устройства информация. Встроенная память, по сути, представляет из себя флеш-хранилище, где хранятся все физические данные, включая прошивку, которая, кстати, может «съедать» изрядную долю имеющегося пространства.

Объем ОЗУ статичен, его нельзя расширить (разве что виртуально), а вот физический объем встроенной памяти увеличить можно — за счет использовании карт памяти. Правда, это будут уже два раздельных вида памяти, но оба можно использовать как хранилище.

Выяснить объем встроенной памяти пользователь может с помощью характеристик к своему устройству. Они указаны на сайте производителя, на коробке, на прочих сторонних сайтах. Однако помните, что производитель указывает полный объем памяти, но на деле доступной памяти может быть значительно меньше — как раз из-за прошивки, которая занимает место.

Текущий объем памяти можно узнать и через настройки устройства. Зайдите в «Настройки» и найдите раздел «Память».

Здесь вы увидите как общий объем памяти, так и доступный на текущий момент.

Друзья! Если наш сайт помог вам или просто понравился, вы можете помочь нам развиваться и двигаться дальше. Для этого можно:

Источник

ОЗУ в телефоне Самсунг: что это такое и как очистить?

Что такое оперативная память и встроенная память в (телефоне) смартфоне

Одной из важнейших характеристик любого мобильного телефона или планшета, определяющей его производительность и удобство в повседневном использовании, является объем памяти.

Тем не менее параметры памяти любого гаджета отличаются и имеют различное функциональное назначение.

В этой статье мы рассмотрим, что же такое оперативная память и встроенная память, какие их параметры являются оптимальными, а также разберемся в разнице между двумя видами памяти.

Архитектура

Постоянные запоминающие устройства выполнены в виде двухмерного массива. Элементами массива являются наборы проводников, часть которых не затрагивается, прочие ячейки разрушаются. Проводящие элементы являются простейшими переключателями и формируют матрицу за счет поочередного соединения их к рядам и строкам.

Если проводник замкнут, он содержит логический ноль, разомкнут – логическую единицу. Таким образом в двухмерный массив физических элементов вносят данные в двоичном коде, которые считывает микропроцессор.

Что такое оперативная память в (телефоне) смартфоне

Под оперативной памятью (ОЗУ или RAM) телефона понимается одна из энергозависимых частей его системы, предназначенная для хранения входной и выходной информации, специальных кодов и иных системных данных, необходимых для корректного функционирования девайса.

В ОЗУ находится вся информация, которую используют в настоящий момент активные программы и приложения, а также данные, необходимые операционной системе устройства для бесперебойной работы:

Важной особенность оперативной памяти является возможность самоочищения: когда какое-либо приложение перестает быть активным, вся связанная с ним информация автоматически стирается с ОЗУ.

Если телефон выключается или перезагружается, оперативная память самостоятельно очищается.

Оперативная память устройства напрямую определяет следующие процессы:

Если объемов оперативной памяти на телефоне недостаточно, чтобы удовлетворить все потребности владельца девайса, то происходит сбой в работе устройства:

Как определить тип оперативки в компьютере

Определить тип оперативной памяти, которая находится в ноутбуке или в стационарном компьютере можно очень легко, используя утилиту CPU-Z. Эта утилита является абсолютно бесплатной. Загрузить CPU-Z можно с ее официального сайта www.cpuid.com. После загрузки и установки, откройте утилиту и перейдите ко вкладке «SPD». На изображении ниже показано окно утилиты с открытой вкладкой «SPD».

В этом окне видно, что в компьютере, на котором открыта утилита, установлена оперативная память типа DDR3 PC3-12800 на 4 гигабайта от компании Kingston. Таким же образом можно определить тип памяти и ее свойства на любом компьютере. Например, ниже изображено окно CPU-Z с ОЗУ DDR2 PC2-5300 на 512 ГБ от компании Samsung.

А в этом окне изображено окно CPU-Z с ОЗУ DDR4 PC4-21300 на 4 ГБ от компании ADATA Technology.

Данный способ проверки просто незаменим в ситуации, когда нужно проверить на совместимость память, которую вы собираетесь приобрести для расширения ОЗУ вашего ПК.

Что такое встроенная память телефона

Под встроенной (внутренней) памятью телефона понимается та часть системы смартфона, в которой хранится личная информация и данные владельца устройства: его фотографии, аудиозаписи, видео, загруженные приложения, в том числе игры, документы.

Чем больше показатели внутренней памяти девайса, тем больше информации в нем можно хранить без использования внешних носителей или облачного хранилища.

В то же время размеры встроенной памяти никак не отражаются на оперативности девайса и его быстродействии: они определяют только удобство использования смартфона для личных целей.

Объем внутренней памяти указывается как в описании смартфона или на его упаковке, так и в Настройках устройства.

Чтобы узнать размеры встроенной памяти, нужно:

Важно помнить, что производитель указывает максимальный размер встроенной памяти смартфона. Фактически пользователю доступен меньший объем: часть памяти используется для хранения операционной системы и установленных производителем программ и приложений.

Этот раздел внутренней памяти называется системным, освободить его невозможно. Для хранения данных владельца смартфона предназначен пользовательский раздел, подразделяемый, в свою очередь, на часть для программ и приложений и часть для медиа, аудио и иных файлов.

Как отключить или включить утилиту

Учитывая тот факт, что заполнять рабочий стол неиспользуемыми программами любят не все, представляем вашему вниманию пошаговую инструкцию по удалению иконки «RAM Jet»:

Убираем иконку RAM Jet с рабочего стола

После выполнения нескольких действий значок успешно пропал с рабочего стола. Чтобы вернуть его обратно, воспользуйтесь данным руководством:

Переходим во вкладку «Глубокая очистка»

Нажимаем по значку шестерёнки

Перемещаем ползунок возле строки «Создать ярлык на рабочем столе» вправо

В конце возвращаемся на рабочий стол и проверяем появление иконки. Если она не отобразилась, то советуем перезагрузить устройство.

В чем разница между оперативной и встроенной памятью телефона

Разобравшись, что такое оперативная и встроенная память телефона, перейдем к вопросу об их принципиальной разнице.

Главное, чем отличается встроенная память от оперативной — показатель зависимости от энергопитания.

Как только устройство выключается, все данные из оперативной памяти смартфона автоматически удаляются, а само ОЗУ очищается от информации.

Внутренняя память никак не зависит от питания и сохраняет все пользовательские файлы даже после полного выключения устройства.

Остальные технические различия между встроенной и оперативной памятью смартфона приведены в таблице.

Оптимальные параметры памяти смартфона

Прежде чем покупать новый смартфон или планшет, необходимо определиться с вашими потенциальными потребностями и планируемым способом использования гаджета.

В зависимости от этого стоит выбирать модель, отвечающую хотя бы минимальному порогу по объемам оперативной и внутренней памяти.

Экономия при покупке более дешевого устройства с меньшим ОЗУ или встроенной памятью приведут не только к дискомфорту при работе со смартфоном, но и к скорой потребности в приобретении нового девайса.

Объемы оперативной памяти устройства

Если рассматривать ОЗУ, то необходимый объем напрямую зависит от типа использования устройства:

Выбирая смартфон, необходимо помнить, что объемы ОЗУ увеличить невозможно: при повышении нагрузки на устройство единственным возможным способом получения больших объемов оперативки станет покупка нового телефона.

Рассмотрим более подробно, какими характеристиками будет обладать смартфон с конкретным объемом оперативной памяти:

Объемы встроенной памяти устройства

На современном рынке мобильных телефонов представлен большой выбор гаджетов: объем их встроенной памяти начинается от 4 Гб (бюджетные модели) и заканчивается 256 Гб и выше.

Чтобы выбрать оптимальный девайс и не переплачивать за ненужные гигабайты, следует учитывать следующие факты:

Таким образом, для полноценной работы смартфона в качестве мультифункционального средства общения достаточно 16 Гб внутренней памяти.

Если вы используете смартфон не только для звонков и обмена сообщениями в мессенджерах, то при выборе устройства следует ориентироваться на следующие характеристики:

Источник

На что влияет оперативная память в смартфоне

Сейчас, в характеристиках смартфонов не редко указываются очень большие объемы оперативной памяти. Например, сейчас обычным объемом оперативной памяти для среднего смартфона считается 3-4 Гб, в то время как флагманские смартфоны вообще получают по 6 или больше гигабайт памяти. Но, далеко не все пользователи понимают, на что влияет оперативная память в смартфоне и зачем ее так много. В данном материале мы попробуем разобраться с этими вопросами.

Что такое оперативная память смартфона

Длят того чтобы разобраться с тем, что такое оперативная память смартфона, нужно сначала дать общее определение оперативной памяти.

Чипы оперативной памяти для смартфонов

Оперативная память или ОЗУ (оперативно запоминающее устройство) – это тип памяти, который присутствует в любой компьютерной технике. Это энергозависимая память, которая используется для хранения нужных в работе компьютера данных. Плюсом данной памяти является то, что она очень быстрая. Оперативная память намного быстрее жестких дисков и флеш-накопителей. Благодаря этому обмен данными между оперативной памятью и процессором происходит очень быстро. Минусом данного типа памяти является то, что она зависит от энергоснабжения. Другими словами, она не может хранить данные без постоянного снабжения электроэнергией. Как только пропадает энергоснабжение, все содержимое оперативной памяти стирается. Поэтому оперативная память не используется для долговременного хранения данных (как жесткие диски или флеш-накопители), а только для временного хранения тех данных, которые нужны компьютеру прямо сейчас.

В смартфоне оперативная память выполняет точно те же функции, что и в любом другом компьютере. В ней хранятся данные, которые нужны смартфону для работы прямо сейчас. Это данные запущенных приложений, данные операционной системы, открытые файлы, загруженные веб-страницы и т.д. Никаких принципиальных отличий в использовании оперативной памяти на смартфоне нет.

Чем отличается оперативная память от встроенной памяти

Как уже было сказано выше, оперативная память смартфона – это очень быстрая энергозависимая память, содержимое которой удаляется при выключении питания (например, при выключении смартфона). В связи с этим характеристиками, оперативная память может использовать только для временного хранения данных, с которыми смартфон работает в текущий момент.

Встроенная память (которую также называют постоянной или внутренней) – это память, которая построена на совершенно других принципах. Данная память не зависит от энергопитания и продолжает хранить записанные в нее данные даже после полного отключения питания. Именно встроенную память используют для хранения файлов операционной системы (Android, iOS), файлов приложений и пользовательских данных.

На что влияет оперативная память в смартфоне

В характеристиках смартфонов часто указываются большие объемы оперативной памяти. Сейчас, обычным объемом считается 3-4 Гб, а флагманские смартфоны вообще получают по 6 или больше гигабайт памяти. Но, далеко не все пользователи понимают, на что влияет оперативная память в смартфоне и зачем ее так много.

Если коротко, то оперативная память влияет на скорость работы всей системы смартфона. Во-первых, влияет скорость самой оперативной памяти. Оперативная память может работать на разной частоте и чем она быстрее, тем быстрее процессор получает нужные ему данные и быстрее выполняет нужные операции. В более современных смартфонах устанавливается более быстрая память, что ускоряет работу всего смартфона в целом.

Во-вторых, влияет объем оперативной памяти. Чем больше объем оперативной памяти, тем реже приходится обращаться к медленной встроенной памяти. Это экономит время и позволяет процессору выполнять работу быстрее.

Все это сказывается на пользовательском опыте работы. Более быстрая память с большим объемом позволяет смартфону более быстро реагировать на действия пользователя. В частности, уменьшаются задержки при запуске приложений, переключении между вкладками в браузере и т.д.

Как узнать сколько оперативной памяти на смартфоне

Объем оперативной памяти смартфона в программе AIDA64

Самый простой способ узнать, сколько оперативной памяти на смартфоне, это ввести название смартфона в поисковую систему и посмотреть технические характеристики на любом сайте. Но, если вы не знаете точного названия модели вашего смартфона, то можно установить специальное приложение для просмотра технических характеристик.

Например, если у вас смартфон с операционной системой Android, то вы можете воспользоваться бесплатным приложением AIDA64. Запустите данное приложение на своем смартфоне и перейдите в раздел «Система». Здесь среди прочих характеристик смартфона будет указан и объем оперативной памяти (ОЗУ).

В данном случае у смартфона 2 Гб оперативной памяти типа LPDDR3.

Как увеличить оперативную память на смартфоне

После ознакомления описанной выше информацией, у вас может возникнуть вопрос, а можно ли увеличить оперативную память смартфона. К сожалению, это практически невозможно. Оперативная память смартфона распаяна на плате и ее замена пользователем не предусмотрена.

Конечно, теоретически можно найти подходящие чипы памяти и в условиях сервисного центра запаять их на плату. Но, на практике реализовать подобный апгрейд смартфона вряд ли получится. Для этого нужно убедиться, что процессор смартфона поддерживает больший объем памяти, найти подходящие чипы, найти сервисный центр и т.д. И в итоге процедура выйдет дороже чем покупка нового смартфона.

Со встроенной памятью ситуация чуть лучше. Если смартфон поддерживает карты памяти microSD, то вы можете установить в смартфон такую карту и увеличить объем встроенной памяти. Это позволит освободить внутреннюю память от хранения фотографий, музыки и других файлов пользователя.

Источник

Память смартфона: что такое LPDDR4, eMMC, UFS и microSD и чем они отличаются

Мы уже не раз шутили, что нынешние смартфоны по количеству ядер процессора, объемом оперативной памяти и встроенным хранилищам вплотную приблизились к ноутбукам. Схемотехника усложнилась, появились новые типы памяти и неподготовленный читатель сходу не разберется, чем LPDDR отличается от UFS. Несмотря на то, что многие не любят сравнения в духе «смартфон — это крохотный карманный компьютер», эта фраза очень близка к истине. И если вы ориентируетесь во внутренней кухне вашего ПК или ноутбука, разобраться с устройством смартфона не составит труда.

Оперативная память

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) — память с произвольным доступом для временного хранения данных, которое критически важно для функционирования программного обеспечения. Она работает в качестве временного буфера между дисковыми накопителями и процессором, в котором хранятся важные в данный момент данные и запущенные программы. Если упростить, то это очень быстрое временное хранилище для данных, которые обрабатываются другими элементами компьютера здесь и сейчас.

В компьютерах используется память DDR, в смартфонах ее уменьшенная и энергоэффективная альтернатива с приставкой LP (Low Power). В современных смартфонах как правило устанавливается память LPDDR четвертого поколения. Второе и третье считаются морально устаревшими, тем не менее «тройку» продолжают активно использовать в гаджетах начального уровня, где не нужна крейсерская скорость.

Впрочем, даже четвертое поколение не всегда справляется с нынешними задачами и увеличение объема памяти в некоторых случаях не спасает ситуацию. Например при записи супер-замедленного видео со скоростью под тысячу FPS пропускной способности в 3200 Мбит/с LPDDR4 попросту не хватает. Поэтому специально для флагманов и камерофонов была создана ускоренная память LPDDR4x с той же частотой 1600 МГц, но увеличенной до 4266 Мбит/с пропускной способностью.

А на горизонте маячит новый стандарт LPDDR5, способный выдавать до 6.4 Гбит/с. Такая скорость очень пригодится в тяжелых играх, приложениях для виртуальной реальности, видеосъемке в 4K или записи роликов SuperSlowMotion. Помимо ускорения LPDDR5 научится режиму глубокого сна, когда буферы ввода-вывода и внутренняя схема отключается, что позволяет экономить до 40% энергии.

А что с ОЗУ в iPhone?

В iPhone все намного запутаннее. Во время презентации новых продуктов Apple не особо охотно афиширует информацию об объемах ОЗУ, хотя в последнее время они очень много говорят о начинке своей техники. Не потому, что в Купертино считают ее бесполезной, а потому, что новые iPhone до недавнего времени не могли похвастать чем-то особенным. Из-за особенностей системы и оптимизации смартфонам Apple всегда хватало нескольких гигабайт: у iPhone XR было всего 3 ГБ, iPhone 11 получил 4 ГБ, а 11 Pro и 11 Pro Max — по 6 ГБ. Согласитесь, это звучит не так впечатляюще, как 12 ГБ у Galaxy Note 10 Plus или OnePlus 8 Pro.

Значит ли это, что нас дурят? Отнюдь. Дело в том, что приложения на Android использую Java и требуют дополнительный объем ОЗУ для процесса освобождения памяти после завершения программы. Эта штука называется garbage collection и работает она до тех пор, пока в системе остается свободная память. Как только активных программ становится много, начинаются сложности: эффективность garbage collection падает в разы, а на процесс затрачивается куда больше памяти, чем в действительности требуется приложению. Порой в 4 – 8 раз больше! Именно поэтому смартфонам на Android требуется существенно больше памяти, чем iPhone.

Что эта информация дает нам?

Лучшее понимание при выборе смартфона. Как вы уже поняли, у Apple с этим нет проблем, поэтому можно покупать, что приглянулось и не переживать. Главное, не брать что-то совсем уж древнее, где не будет хватать ни ОЗУ, ни мощности процессора.

Если говорить о вариантах на базе ОС Android, то в бюджетном аппарате можно не переживать за тип памяти, важнее будет ее количество. К середине 2020 года нормой для недорого апарата считаются 3 – 4 ГБ. Два тоже можно, однако открытые приложения и вкладки браузера будут постоянно перезагружаться из-за нехватки памяти. Да и через полгода-год использования он будет работать ощутимо медленнее.

В мощных аппаратах вполне хватит LPDDR4 объемом в 6 – 8 ГБ. Чтобы и игры запускать, и приложения в трее не перезагружать, и сохранять общую скорость работы системы.

В топовых камерофонах, от которых потребуется комплексная видеосъемка, лучше всего смотреть варианты LPDDR4x объемом в 8 – 12 ГБ.

Источник

Анатомия RAM

У каждого компьютера есть ОЗУ, встроенное в процессор или находящееся на отдельной подключенной к системе плате — вычислительные устройства просто не смогли бы работать без оперативной памяти. ОЗУ — потрясающий образец прецизионного проектирования, однако несмотря на тонкость процессов изготовления, память ежегодно производится в огромных объёмах. В ней миллиарды транзисторов, но она потребляет только считанные ватты мощности. Учитывая большую важность памяти, стоит написать толковый анализ её анатомии.

Итак, давайте приготовимся к вскрытию, выкатим носилки и отправимся в анатомический театр. Настало время изучить все подробности каждой ячейки, из которых состоит современная память, и узнать, как она работает.

Зачем же ты, RAM-ео?

Процессорам требуется очень быстро получать доступ к данным и командам, чтобы программы выполнялись мгновенно. Кроме того, им нужно, чтобы при произвольных или неожиданных запросах не очень страдала скорость. Именно поэтому для компьютера так важно ОЗУ (RAM, сокращение от random-access memory — память с произвольным доступом).

Существует два основных типа RAM: статическая и динамическая, или сокращённо SRAM и DRAM.

Мы будем рассматривать только DRAM, потому что SRAM используется только внутри процессоров, таких как CPU или GPU. Так где же находится DRAM в наших компьютерах и как она работает?

Большинству людей знакома RAM, потому что несколько её планок находится рядом с CPU (центральным процессором, ЦП). Эту группу DRAM часто называют системной памятью, но лучше её называть памятью CPU, потому что она является основным накопителем рабочих данных и команд процессора.

Как видно на представленном изображении, DRAM находится на небольших платах, вставляемых в материнскую (системную) плату. Каждую плату обычно называют DIMM или UDIMM, что расшифровывается как dual inline memory module (двухсторонний модуль памяти) (U обозначает unbuffered (без буферизации)). Подробнее мы объясним это позже; пока только скажем, что это самая известная RAM любого компьютера.

Она не обязательно должна быть сверхбыстрой, но современным ПК для работы с большими приложениями и для обработки сотен процессов, выполняемых в фоновом режиме, требуется много памяти.

Ещё одним местом, где можно найти набор чипов памяти, обычно является графическая карта. Ей требуется сверхбыстрая DRAM, потому что при 3D-рендеринге выполняется огромное количество операций чтения и записи данных. Этот тип DRAM предназначен для несколько иного использования по сравнению с типом, применяемым в системной памяти.

Ниже вы видите GPU, окружённый двенадцатью небольшими пластинами — это чипы DRAM. Конкретно этот тип памяти называется GDDR5X, о нём мы поговорим позже.

Графическим картам не нужно столько же памяти, как CPU, но их объём всё равно достигает тысяч мегабайт.

Не каждому устройству в компьютере нужно так много: например, жёстким дискам достаточно небольшого количества RAM, в среднем по 256 МБ; они используются для группировки данных перед записью на диск.

На этих фотографиях мы видим платы HDD (слева) и SSD (справа), на которых отмечены чипы DRAM. Заметили, что чип всего один? 256 МБ сегодня не такой уж большой объём, поэтому вполне достаточно одного куска кремния.

Узнав, что каждый компонент или периферийное устройство, выполняющее обработку, требует RAM, вы сможете найти память во внутренностях любого ПК. На контроллерах SATA и PCI Express установлены небольшие чипы DRAM; у сетевых интерфейсов и звуковых карт они тоже есть, как и у принтеров со сканнерами.

Если память можно встретить везде, она может показаться немного скучной, но стоит вам погрузиться в её внутреннюю работу, то вся скука исчезнет!

Скальпель. Зажим. Электронный микроскоп.

У нас нет всевозможных инструментов, которые инженеры-электронщики используют для изучения своих полупроводниковых творений, поэтому мы не можем просто разобрать чип DRAM и продемонстрировать вам его внутренности. Однако такое оборудование есть у ребят из TechInsights, которые сделали этот снимок поверхности чипа:

Если вы подумали, что это похоже на сельскохозяйственные поля, соединённые тропинками, то вы не так далеки от истины! Только вместо кукурузы или пшеницы поля DRAM в основном состоят из двух электронных компонентов:

Синими и зелёными линиями обозначены соединения, подающие напряжение на МОП-транзистор и конденсатор. Они используются для считывания и записи данных в ячейку, и первой всегда срабатывает вертикальная (разрядная) линия.

Канавочный конденсатор, по сути, используется в качестве сосуда для заполнения электрическим зарядом — его пустое/заполненное состояние даёт нам 1 бит данных: 0 — пустой, 1 — полный. Несмотря на предпринимаемые инженерами усилия, конденсаторы не способны хранить этот заряд вечно и со временем он утекает.

Это означает, что каждую ячейку памяти нужно постоянно обновлять по 15-30 раз в секунду, хотя сам этот процесс довольно быстр: для обновления набора ячеек требуется всего несколько наносекунд. К сожалению, в чипе DRAM множество ячеек, и во время их обновления считывание и запись в них невозможна.

К каждой линии подключено несколько ячеек:

Строго говоря, эта схема неидеальна, потому что для каждого столбца ячеек используется две разрядные линии — если бы мы изобразили всё, то схема бы стала слишком неразборчивой.

Полная строка ячеек памяти называется страницей, а длина её зависит от типа и конфигурации DRAM. Чем длиннее страница, тем больше в ней бит, но и тем большая электрическая мощность нужна для её работы; короткие страницы потребляют меньше мощности, но и содержат меньший объём данных.

Однако нужно учитывать и ещё один важный фактор. При считывании и записи на чип DRAM первым этапом процесса является активация всей страницы. Строка битов (состоящая из нулей и единиц) хранится в буфере строки, который по сути является набором усилителей считывания и защёлок, а не дополнительной памятью. Затем активируется соответствующий столбец для извлечения данных из этого буфера.

Если страница слишком мала, то чтобы успеть за запросами данных, строки нужно активировать чаще; и наоборот — большая страница предоставляет больше данных, поэтому активировать её можно реже. И даже несмотря на то, что длинная строка требует большей мощности и потенциально может быть менее стабильной, лучше стремиться к получению максимально длинных страниц.

Если собрать вместе набор страниц, то мы получим один банк памяти DRAM. Как и в случае страниц, размер и расположение строк и столбцов ячеек играют важную роль в количестве хранимых данных, скорости работы памяти, энергопотреблении и так далее.

Например, схема может состоять из 4 096 строк и 4 096 столбцов, при этом полный объём одного банка будет равен 16 777 216 битам или 2 мегабайтам. Но не у всех чипов DRAM банки имеют квадратную структуру, потому что длинные страницы лучше, чем короткие. Например, схема из 16 384 строк и 1 024 столбцов даст нам те же 2 мегабайта памяти, но каждая страница будет содержать в четыре раза больше памяти, чем в квадратной схеме.

Все страницы в банке соединены с системой адресации строк (то же относится и к столбцам) и они контролируются сигналами управления и адресами для каждой строки/столбца. Чем больше строк и столбцов в банке, тем больше битов должно использоваться в адресе.

Для банка размером 4 096 x 4 096 для каждой системы адресации требуется 12 бит, а для банка 16 384 x 1 024 потребуется 14 бит на адреса строк и 10 бит на адреса столбцов. Стоит заметить, что обе системы имеют суммарный размер 24 бита.

Если бы чип DRAM мог предоставлять доступ к одной странице за раз, то это было бы не особо удобно, поэтому в них упаковано несколько банков ячеек памяти. В зависимости от общего размера, чип может иметь 4, 8 или даже 16 банков — чаще всего используется 8 банков.

Все эти банки имеют общие шины команд, адресов и данных, что упрощает структуру системы памяти. Пока один банк занят работой с одной командой, другие банки могут продолжать выполнение своих операций.

Весь чип, содержащий все банки и шины, упакован в защитную оболочку и припаян к плате. Она содержит электропроводники, подающие питание для работы DRAM и сигналов команд, адресов и данных.

На фотографии выше показан чип DRAM (иногда называемый модулем), изготовленный компанией Samsung. Другими ведущими производителями являются Toshiba, Micron, SK Hynix и Nanya. Samsung — крупнейший производитель, он имеет приблизительно 40% мирового рынка памяти.

Каждый изготовитель DRAM использует собственную систему кодирования характеристик памяти; на фотографии показан чип на 1 гигабит, содержащий 8 банков по 128 мегабита, выстроенных в 16 384 строки и 8 192 столбца.

Выше по рангу

Компании-изготовители памяти берут несколько чипов DRAM и устанавливают их на одну плату, называемую DIMM. Хотя D расшифровывается как dual (двойная), это не значит, что на ней два набора чипов. Под двойным подразумевается количество электрических контактов в нижней части платы; то есть для работы с модулями используются обе стороны платы.

Сами DIMM имеют разный размер и количество чипов:

На фотографии сверху показана стандартная DIMM для настольного ПК, а под ней находится так называемая SO-DIMM (small outline, «DIMM малого профиля»). Маленький модуль предназначен для ПК малого форм-фактора, например, ноутбуков и компактных настольных компьютеров. Из-за малого пространства уменьшается количество используемых чипов, изменяется скорость работы памяти, и так далее.

Существует три основных причины для использования нескольких чипов памяти на DIMM:

То есть каждому DIMM, который устанавливается в компьютер с Ryzen, потребуется восемь модулей DRAM (8 чипов x 8 бит = 64 бита). Можно подумать, что графическая карта 5700 XT будет иметь 32 чипа памяти, но у неё их только 8. Что же это нам даёт?

В чипы памяти, предназначенные для графических карт, устанавливают больше банков, обычно 16 или 32, потому что для 3D-рендеринга необходим одновременный доступ к большому объёму данных.

Один ранг и два ранга

Множество модулей памяти, «заполняющих» шину данных контроллера памяти, называется рангом, и хотя к контроллеру можно подключить больше одного ранга, за раз он может получать данные только от одного ранга (потому что ранги используют одну шину данных). Это не вызывает проблем, потому что пока один ранг занимается ответом на переданную ему команду, другому рангу можно передать новый набор команд.

Платы DIMM могут иметь несколько рангов и это особенно полезно, когда вам нужно огромное количество памяти, но на материнской плате мало разъёмов под RAM.

Так называемые схемы с двумя (dual) или четырьмя (quad) рангами потенциально могут обеспечить большую производительность, чем одноранговые, но увеличение количества рангов быстро повышает нагрузку на электрическую систему. Большинство настольных ПК способно справиться только с одним-двумя рангами на один контроллер. Если системе нужно больше рангов, то лучше использовать DIMM с буферизацией: такие платы имеют дополнительный чип, облегчающий нагрузку на систему благодаря хранению команд и данных в течение нескольких циклов, прежде чем передать их дальше.

Множество модулей памяти Nanya и один буферный чип — классическая серверная RAM

Но не все ранги имеют размер 64 бита — используемые в серверах и рабочих станциях DIMM часто размером 72 бита, то есть на них есть дополнительный модуль DRAM. Этот дополнительный чип не обеспечивает повышение объёма или производительности; он используется для проверки и устранения ошибок (error checking and correcting, ECC).

Вы ведь помните, что всем процессорам для работы нужна память? В случае ECC RAM небольшому устройству, выполняющему работу, предоставлен собственный модуль.

Шина данных в такой памяти всё равно имеют ширину всего 64 бита, но надёжность хранения данных значительно повышается. Использование буферов и ECC только незначительно влияет на общую производительность, зато сильно повышает стоимость.

Жажда скорости

У всех DRAM есть центральный тактовый сигнал ввода-вывода (I/O, input/output) — напряжение, постоянно переключающееся между двумя уровнями; он используется для упорядочивания всего, что выполняется в чипе и шинах памяти.

Если бы мы вернулись назад в 1993 год, то смогли бы приобрести память типа SDRAM (synchronous, синхронная DRAM), которая упорядочивала все процессы с помощью периода переключения тактового сигнала из низкого в высокое состояние. Так как это происходит очень быстро, такая система обеспечивает очень точный способ определения времени выполнения событий. В те времена SDRAM имела тактовые сигналы ввода-вывода, обычно работавшие с частотой от 66 до 133 МГц, и за каждый такт сигнала в DRAM можно было передать одну команду. В свою очередь, чип за тот же промежуток времени мог передать 8 бит данных.

Быстрое развитие SDRAM, ведущей силой которого был Samsung, привело к созданию в 1998 году её нового типа. В нём передача данных синхронизировалась по повышению и падению напряжения тактового сигнала, то есть за каждый такт данные можно было дважды передать в DRAM и обратно.

Как же называлась эта восхитительная новая технология? Double data rate synchronous dynamic random access memory (синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных). Обычно её просто называют DDR-SDRAM или для краткости DDR.

Память DDR быстро стала стандартом (из-за чего первоначальную версию SDRAM переименовали в single data rate SDRAM, SDR-DRAM) и в течение последующих 20 лет оставалась неотъемлемой частью всех компьютерных систем.

Прогресс технологий позволил усовершенствовать эту память, благодаря чему в 2003 году появилась DDR2, в 2007 году — DDR3, а в 2012 году — DDR4. Каждая новая версия обеспечивала повышение производительности благодаря ускорению тактового сигнала ввода-вывода, улучшению систем сигналов и снижению энергопотребления.

DDR2 внесла изменение, которое мы используем и сегодня: генератор тактовых сигналов ввода-вывода превратился в отдельную систему, время работы которой задавалось отдельным набором синхронизирующих сигналов, благодаря чему она стала в два раза быстрее. Это аналогично тому, как CPU используют для упорядочивания работы тактовый сигнал 100 МГц, хотя внутренние синхронизирующие сигналы работают в 30-40 раз быстрее.

DDR3 и DDR4 сделали шаг вперёд, увеличив скорость тактовых сигналов ввода-вывода в четыре раза, но во всех этих типах памяти шина данных для передачи/получения информации по-прежнему использовала только повышение и падение уровня сигнала ввода-вывода (т.е. удвоенную частоту передачи данных).

Сами чипы памяти не работают на огромных скоростях — на самом деле, они шевелятся довольно медленно. Частота передачи данных (измеряемая в миллионах передач в секунду — millions of transfers per second, MT/s) в современных DRAM настолько высока благодаря использованию в каждом чипе нескольких банков; если бы на каждый модуль приходился только один банк, всё работало бы чрезвычайно медленно.

Каждая новая версия DRAM не обладает обратной совместимостью, то есть используемые для каждого типа DIMM имеют разные количества электрических контактов, разъёмы и вырезы, чтобы пользователь не мог вставить память DDR4 в разъём DDR-SDRAM.

Сверху вниз: DDR-SDRAM, DDR2, DDR3, DDR4

DRAM для графических плат изначально называлась SGRAM (synchronous graphics, синхронная графическая RAM). Этот тип RAM тоже подвергался усовершенствованиям, и сегодня его для понятности называют GDDR. Сейчас мы достигли версии 6, а для передачи данных используется система с учетверённой частотой, т.е. за тактовый цикл происходит 4 передачи.

Кроме более высокой частоты передачи, графическая DRAM обеспечивает дополнительные функции для ускорения передачи, например, возможность одновременного открытия двух страниц одного банка, работающие в DDR шины команд и адресов, а также чипы памяти с гораздо большими скоростями тактовых сигналов.

Какой же минус у всех этих продвинутых технологий? Стоимость и тепловыделение.

Один модуль GDDR6 примерно вдвое дороже аналогичного чипа DDR4, к тому же при полной скорости он становится довольно горячим — именно поэтому графическим картам с большим количеством сверхбыстрой RAM требуется активное охлаждение для защиты от перегрева чипов.

Скорость битов

Производительность DRAM обычно измеряется в количестве битов данных, передаваемых за секунду. Ранее в этой статье мы говорили, что используемая в качестве системной памяти DDR4 имеет чипы с 8-битной шириной шины, то есть каждый модуль может передавать до 8 бит за тактовый цикл.

То есть если частота передачи данных равна 3200 MT/s, то пиковый результат равен 3200 x 8 = 25 600 Мбит в секунду или чуть больше 3 ГБ/с. Так как большинство DIMM имеет 8 чипов, потенциально можно получить 25 ГБ/с. Для GDDR6 с 8 модулями этот результат был бы равен 440 ГБ/с!

Обычно это значение называют полосой пропускания (bandwidth) памяти; оно является важным фактором, влияющим на производительность RAM. Однако это теоретическая величина, потому что все операции внутри чипа DRAM не происходят одновременно.

Чтобы разобраться в этом, давайте взглянем на показанное ниже изображение. Это очень упрощённое (и нереалистичное) представление того, что происходит, когда данные запрашиваются из памяти.

На первом этапе активируется страница DRAM, в которой содержатся требуемые данные. Для этого памяти сначала сообщается, какой требуется ранг, затем соответствующий модуль, а затем конкретный банк.

Чипу передаётся местоположение страницы данных (адрес строки), и он отвечает на это передачей целой страницы. На всё это требуется время и, что более важно, время нужно и для полной активации строки, чтобы гарантировать полную блокировку строки битов перед выполнением доступа к ней.

Затем определяется соответствующий столбец и извлекается единственный бит информации. Все типы DRAM передают данные пакетами, упаковывая информацию в единый блок, и пакет в современной памяти почти всегда равен 8 битам. То есть даже если за один тактовый цикл извлекается один бит, эти данные нельзя передать, пока из других банков не будет получено ещё 7 битов.

А если следующий требуемый бит данных находится на другой странице, то перед активацией следующей необходимо закрыть текущую открытую страницу (это процесс называется pre-charging). Всё это, разумеется, требует больше времени.

Все эти различные периоды между временем отправки команды и выполнением требуемого действия называются таймингами памяти или задержками. Чем ниже значение, тем выше общая производительность, ведь мы тратим меньше времени на ожидание завершения операций.

Некоторые из этих задержек имеют знакомые фанатам компьютеров названия:

Существует ещё много других таймингов и все их нужно тщательно настраивать, чтобы DRAM работала стабильно и не искажала данные, имея при этом оптимальную производительность. Как можно увидеть из таблицы, схема, демонстрирующая циклы в действии, должна быть намного шире!

Хотя при выполнении процессов часто приходится ждать, команды можно помещать в очереди и передавать, даже если память занята чем-то другим. Именно поэтому можно увидеть много модулей RAM там, где нам нужна производительность (системная память CPU и чипы на графических картах), и гораздо меньше модулей там, где они не так важны (в жёстких дисках).

Тайминги памяти можно настраивать — они не заданы жёстко в самой DRAM, потому что все команды поступают из контроллера памяти в процессоре, который использует эту память. Производители тестируют каждый изготавливаемый чип и те из них, которые соответствуют определённым скоростям при заданном наборе таймингов, группируются вместе и устанавливаются в DIMM. Затем тайминги сохраняются в небольшой чип, располагаемый на плате.

Даже памяти нужна память. Красным указано ПЗУ (read-only memory, ROM), в котором содержится информация SPD.

Процесс доступа к этой информации и её использования называется serial presence detect (SPD). Это отраслевой стандарт, позволяющий BIOS материнской платы узнать, на какие тайминги должны быть настроены все процессы.

Многие материнские платы позволяют пользователям изменять эти тайминги самостоятельно или для улучшения производительности, или для повышения стабильности платформы, но многие модули DRAM также поддерживают стандарт Extreme Memory Profile (XMP) компании Intel. Это просто дополнительная информация, хранящаяся в памяти SPD, которая сообщает BIOS: «Я могу работать с вот с такими нестандартными таймингами». Поэтому вместо самостоятельной возни с параметрами пользователь может настроить их одним нажатием мыши.

Спасибо за службу, RAM!

В отличие от других уроков анатомии, этот оказался не таким уж грязным — DIMM сложно разобрать и для изучения модулей нужны специализированные инструменты. Но внутри них таятся потрясающие подробности.

Возьмите в руку планку памяти DDR4-SDRAM на 8 ГБ из любого нового ПК: в ней упаковано почти 70 миллиардов конденсаторов и такое же количество транзисторов. Каждый из них хранит крошечную долю электрического заряда, а доступ к ним можно получить за считанные наносекунды.

Даже при повседневном использовании она может выполнять бесчисленное количество команд, и большинство из плат способны без малейших проблем работать многие годы. И всё это меньше чем за 30 долларов? Это просто завораживает.

DRAM продолжает совершенствоваться — уже скоро появится DDR5, каждый модуль которой обещает достичь уровня полосы пропускания, с трудом достижимый для двух полных DIMM типа DDR4. Сразу после появления она будет очень дорогой, но для серверов и профессиональных рабочих станций такой скачок скорости окажется очень полезным.

Источник